package my.tree;

import my.printer.BinaryTreeInfo;

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

/**
 * <p>
 * 二叉树
 * </p>
 *
 * @author AJun
 * @since 2020/8/15
 */
@SuppressWarnings({"unchecked", "unused"})
public abstract class BinaryTree<E> implements BinaryTreeInfo {

    /**
     * 二叉树容量
     */
    protected int size;

    /**
     * 根节点
     */
    protected Node<E> root;

    public int size() {
        return size;
    }

    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    public void clear() {
        root = null;
        size = 0;
    }

    /**
     * 前序遍历
     */
    public void preorder(Visitor<E> visitor) {
        if (visitor == null) return;
        preorder(root, visitor);
    }

    private void preorder(Node<E> node, Visitor<E> visitor) {
        if (node == null || visitor.stop) return;

        visitor.stop = visitor.visit(node.element);
        preorder(node.left, visitor);
        preorder(node.right, visitor);
    }

    /**
     * 中序遍历
     */
    public void inorder(Visitor<E> visitor) {
        if (visitor == null) return;
        inorder(root, visitor);
    }

    private void inorder(Node<E> node, Visitor<E> visitor) {
        if (node == null || visitor.stop) return;

        inorder(node.left, visitor);
        if (visitor.stop) return;
        visitor.stop = visitor.visit(node.element);
        inorder(node.right, visitor);
    }

    /**
     * 后序遍历
     */
    public void postorder(Visitor<E> visitor) {
        if (visitor == null) return;
        postorder(root, visitor);
    }

    private void postorder(Node<E> node, Visitor<E> visitor) {
        if (node == null || visitor.stop) return;

        postorder(node.left, visitor);
        postorder(node.right, visitor);
        if (visitor.stop) return;
        visitor.stop = visitor.visit(node.element);
    }

    /**
     * 层级遍历
     */
    public void levelOrder(Visitor<E> visitor) {
        if (root == null || visitor == null) return;

        Queue<Node<E>> queue = new LinkedList<>();
        queue.add(root);
        while (!queue.isEmpty()) {
            Node<E> head = queue.remove();// 队头出队
            if (visitor.visit(head.element)) return;

            if (head.left != null)
                queue.add(head.left);
            if (head.right != null)
                queue.add(head.right);
        }
    }

    /**
     * 返回二叉树高度: 迭代-层序遍历
     */
    public int heightLevelOrder() {
        if (root == null) return 0;

        int height = 0; // 树的高度
        int levelSize = 1; // 每一层的元素数量，默认加入了根节点，所以默认为 1
        Queue<Node<E>> queue = new LinkedList<>();
        queue.add(root);
        while (!queue.isEmpty()) {
            Node<E> head = queue.remove();
            // 每次访问一个元素，将这一层的元素数量-1，如果元素数量变为0，则说明这一层已经访问完毕
            levelSize--;

            if (head.left != null)
                queue.add(head.left);
            if (head.right != null)
                queue.add(head.right);

            if (levelSize == 0) { // 意味着即将要访问下一层
                levelSize = queue.size();
                height++;
            }
        }
        return height;
    }

    /**
     * 返回二叉树高度: 递归
     */
    public int height() {
        return height(root);
    }

    private int height(Node<E> node) {
        if (node == null) return 0;
        return 1 + Math.max(height(node.left), height(node.right));
    }

    /**
     * 判断是否是一棵完全二叉树
     */
    public boolean isComplete() {
        if (root == null) return false;

        Queue<Node<E>> queue = new LinkedList<>();
        queue.add(root);

        boolean leaf = false; // 标记: 是否为叶子节点
        while (!queue.isEmpty()) {
            Node<E> node = queue.remove();

            // 如果要求当前节点必须为叶子节点，但此节点并不是叶子节点，不是完全二叉树
            if (leaf && !node.isLeaf()) return false;

            if (node.left != null) {
                queue.add(node.left);
            } else if (node.right != null) {
                // 左为空而右不为空，不是完全二叉树
                // node.left == null && node.right != null
                return false;
            }

            if (node.right != null) {
                queue.add(node.right);
            } else {
                // node.right == null
                // 右为空，说明之后遍历的节点都必须是叶子节点
                leaf = true; // 标记为叶子节点
            }
        }
        return true; // 队列为空，说明是完全二叉树
    }

    /**
     * 返回传入节点的前驱节点
     */
    protected Node<E> predecessor(Node<E> node) {
        if (node == null) return null;

        // 前驱节点在左子树中(left.right.right...)
        Node<E> p = node.left;
        if (p != null) {
            while (p.right != null) {
                p = p.right;
            }
            return p;
        }

        // 从父节点或祖父节点中寻找前驱节点
        // 如果父节点不为空 且 父节点的左子树是此节点，则一直往上找父节点
        while (node.parent != null && (node == node.parent.left)) {
            node = node.parent;
        }
        // 没找到父节点 node.parent == null
        // 父节点的右子节点是此节点 node = node.parent.right
        return node.parent;
    }

    /**
     * 返回传入节点的后继节点
     */
    protected Node<E> successor(Node<E> node) {
        if (node == null) return null;

        // 前驱节点在右子树中(right.left.left....)
        Node<E> p = node.right;
        if (p != null) {
            while (p.left != null) {
                p = p.left;
            }
            return p;
        }

        // 从父节点或祖父节点中寻找前驱节点
        // 如果父节点不为空 且 父节点的右子树是此节点，则一直往上找父节点
        while (node.parent != null && (node == node.parent.right)) {
            node = node.parent;
        }
        return node.parent;
    }

    /**
     * 提供给外界自定义遍历逻辑
     */
    public static abstract class Visitor<E> {
        /**
         * 遍历停止标记
         */
        boolean stop;

        /**
         * 如果返回 true 则停止遍历
         */
        public abstract boolean visit(E element);
    }

    /**
     * 二叉搜索树的节点
     */
    protected static class Node<E> {
        E element; // 节点元素
        Node<E> parent; // 父节点
        Node<E> left; // 左子节点
        Node<E> right; // 右子节点

        public Node(E element, Node<E> parent) {
            this.element = element;
            this.parent = parent;
        }

        /**
         * 判断节点是否是叶子节点
         */
        public boolean isLeaf() {
            return left == null && right == null;
        }

        /**
         * 判断节点左右都不为空，有俩个子节点
         */
        public boolean hasTwoChildren() {
            return left != null && right != null;
        }
    }

    /* 二叉搜索树打印器 */
    @Override
    public Object root() {
        return root;
    }

    @Override
    public Object left(Object node) {
        return ((Node<E>) node).left;
    }

    @Override
    public Object right(Object node) {
        return ((Node<E>) node).right;
    }

    @Override
    public Object string(Object node) {
        Node<E> n = (Node<E>) node;
        String parentStr = "null";
        if (n.parent != null) parentStr = n.parent.element.toString();
        return n.element + "(parent => " + parentStr + ")";
    }

}
